絮凝剂如何实现絮凝作用？

絮凝剂通过多种物理化学作用机制，将水中悬浮物、胶体颗粒及溶解性污染物聚集成较大絮体，从而实现固液分离。其核心作用原理可归纳为以下几种机制：

1. 电荷中和与双电层压缩

• 作用原理：
  水中的胶体颗粒通常带有负电荷（如黏土颗粒、藻类等），因同性电荷排斥而稳定分散。絮凝剂（如无机金属盐）溶于水后，释放出高价金属离子（如Al³⁺、Fe³⁺），中和颗粒表面电荷，降低静电斥力，使颗粒脱稳并相互靠近。

• 示例：硫酸铝（Al₂(SO₄)₃）水解生成Al(OH)₃胶体，吸附带负电的颗粒，压缩其双电层厚度，促进凝聚。

• 关键过程：

• 金属离子水解生成羟基络合物（如[Al(OH)₂]⁺）；

• 中和颗粒表面电荷，破坏胶体稳定性。

2. 吸附架桥作用

• 作用原理：
  高分子絮凝剂（如聚丙烯酰胺PAM）通过长链分子吸附多个颗粒，形成“桥梁"，将分散的颗粒连接成三维网络结构的大絮体。

• 阴离子/阳离子PAM：根据颗粒表面电荷选择，通过静电引力吸附；

• 非离子PAM：通过氢键或范德华力吸附，适用于中性或复杂水质。

• 关键过程：

• 长链分子一端吸附A颗粒，另一端吸附B颗粒；

• 颗粒间通过“架桥"形成絮凝体，沉降速度加快。

3. 网捕卷扫作用

• 作用原理：
  金属盐（如FeCl₃、PAC）水解生成大量金属氢氧化物沉淀（如Fe(OH)₃、Al(OH)₃），这些沉淀物在沉降过程中形成“网状结构"，捕获水中细小颗粒，将其裹挟沉降。

• 适用场景：高浊度水或突发污染（如泥沙、藻类暴发）。

• 关键过程：

• 金属离子水解生成沉淀物；

• 沉淀物沉降时卷扫悬浮颗粒。

4. 协同作用与复配增效

• 无机-有机复配：

• 无机絮凝剂（如PAC）先压缩双电层，使颗粒脱稳；

• 有机絮凝剂（如PAM）随后通过架桥作用巩固絮体，提升密实性。

• 示例：处理印染废水时，先投加FeCl₃凝聚染料分子，再投加阳离子PAM形成大絮体。

• 复合絮凝剂：

• 如聚硅酸铝铁（PSAF）同时具备电荷中和、网捕和吸附作用，适应复杂水质。

5. 影响因素

• pH值：影响金属离子水解产物（如Al(OH)₃在中性附近效果佳）；

• 投加量：过量可能导致电荷反转（如阳离子PAM过量使颗粒重新分散）；

• 搅拌条件：快速搅拌分散药剂，慢速搅拌促进絮体生长；

• 水质特性：有机物、温度、浊度等影响絮凝剂选择。

总结

絮凝剂通过电荷中和→颗粒脱稳→吸附架桥→网捕卷扫的协同过程，将微小颗粒聚集成大絮体，最终通过沉淀或气浮分离。不同絮凝剂（如无机盐、有机高分子、复合制剂）通过复配和工艺优化，可显著提升水处理效率，广泛应用于污水处理、饮用水净化及工业废水处理等领域。